WDM系统维护测试初探

一、引言
　　随着电信业务的迅速发展，对干线网带宽的要求也越来越高，为了适应这一需要，多个运营商（包括中国电信、中国联通和中国网通等）近二三年都在干线上引入了波分复用（WDM）系统，在以往的SDH系统相比较而言，WDM系统有一些与之不同的特性，如中心波长、通路光功率、光信噪比等，这些参数在过去并不重要或者并不是一个参数。但在WDM系统引入之后，这些参数都是极为重要的，对系统性能有很大影响，而测试需要引入光谱仪、多波长计等一些新的仪表，对维护人员提出了新的要求。本文将在介绍WDM系统基本配置的基础上，对WDM系统维护测试的要求、维护测试所使用的主要仪表以及维护测试注意事项等进行论述。
　　二、WDM系统的基本配置
　　目前在干线上采用的都是带有线路光放大器的WDM系统，有线路光放大器系统的参考配置如图1所示。

　　图1中，S1……Sn分别是通路1……n在发射机输出光连接器处光纤上的参考点；RM1……RMn分别是通路1……n的OM/OA（光复用器/光放大器）的输入光连接器处光纤上的参考点；MPI-S是OM/OA的输出光连接器后面光纤上的参考点；S'是线路光放大器的光输出连接器后面光纤上的参考点；R'是线路光放大器的光输入连接器前面光纤上的参考点；MPI-R是OA/OD（光放大器/光解复用器）的输入光连接器前面光纤上的参考点；SD1……SDn是OA/OD的输出光连接器处的参考点；R1……Rn位于接收机光连接器的输入处。

　　对于集成式WDM系统STM-16的TM、ADM和REG设备都应具有符合WDM系统要求的光接口，以满足8×22dB、5×30dB和3×33dB系统的需要。
　　对于开放式WDM系统（Open WDM System），可以在发送端采用波长转换器（OTU）将非规范的波长转换为标准波长，OTU具有符合G.692的标准接口，而SDH设备可继续使用符合G.957接口的设备。
　　三、WDM系统维护测试要求
　　1.WDM系统维护测试目的
　　对WDM系统的测试旨在测试验证系统的性能、运行情况。在工程应用中，根据测试目的不同，WDM系统测试可分为工厂验收测试、工程验收测试和维护测试。这几种测试的测试项目都不太相同，工厂验收的测试项目最多最详尽，工程验收的测试项目主要关注的是系统安装后各个参考点的光接口特性参数、系统性能，维护测试的项目相对更少，主要是关注一些能够测试且对系统性能有较大影响的测试项目。
　　WDM系统维护测试的目的是在系统开通业务，不中断业务的情况下利用在线监测等方法对与系统性能关系较大的参数，如中心波长、光功率、光信噪比等进行测试，同时也有部分关于传输性能的测试，在此基础上对系统的运行情况有较全面的了解。
　　2.WDM系统维护测试原理的方法
　　在WDM系统的不同参考点可以测试的参数是不同的，对于WDM系统而言，几乎所有WDM系统产品都在OA的输入或输出端口有在线监测端口，可以测量每通路信号的光信噪比、中心波长和光功率（光功率不是一个绝对值，而是从主光信号中分出的一定比例的光信号）。其他可以进行的性能测试，如误码和拦动特性等，都需要对整个系统测试。
　　对WDM系统进行在线测试的基础WDM系统的电路盘上留出了专门的在线监测端口，这些在线监测端口的基本原理如图4所示。它采用一个光分路器，从主信号中分离出某个百分比的光信号用于在线监测，分出的信号功率很小，因此不会影响主光信号的进一步传送以及整个系统的传输性能。在WDM系统的在线监测，端口处可以监测的物理量包括每个通路的中心波长、每个通路的光信噪比、每通路的光功率和总光功率（为一个相对量，而非实际数值）。

　　根据厂商资料，在线监测端口分出的光功率约为输入光功率的1％左右，但这个比例并不精确，因此在日常维护测试时可得到通路中心波长和光信噪比的精确值，但测出的光功率值并不是输入光信号光功率的实际数值，而是分出的一小部分光的功率。因此，建议在系统开始投入运行时在每个监测端口都测出一个光功率的值，作为今后维护测试中的基准，将以后维护测试过程中测出的光功率值与之比较就可以大概知道系统光功率的劣化程度。 [p]
　　根据可测试的项目，将使用光谱仪（OSA）、多波长计和光功率计进行测试，光功率计可用于测试信号的总光功率。光谱仪和多波长计都可以用来测试每个通路信号的中心波长、光信噪比和光功率，但多波长计测试中心波长的精度较高，光谱仪测试每个通路的光信噪比和光功率的精度较高，在维护测试中可根据现有仪表情况和测试项目选择所使用的仪表。
　　3.WDM系统维护测试仪表
　　WDM系统的测试与SDH不同的是增加了一些模拟量的测试，如中心波长、每通路光功率、每通路光信噪比和总光功率等。因此，相对于SDH系统的测试，需要引进一些新的测试仪表，如光谱仪、多波长计等，光功率所测试的功率范围已经扩展到17dB甚至更高。为了测试合路总光功率，如果使用高功率的光功率计则无需使用光衰耗器，直接从仪表上读数即为实际的光功率值，但如果使用低功率的光功率计则需要在测试时串接光衰耗器，将仪表读数加上光衰耗器的衰耗值方可获得实际的功率值。下面主要对光谱仪、多波长计这些新引入的仪表进行简单的介绍，实际的操作和应用参见后面的测试方法。
　　WDM系统测试仪表有些与常规SDH系统是相同的，如误码仪用于测量单通路的误码性能和抖动性能等，示波器用于测量脉冲眼图。但是WDM系统的有些测试项目与SDH系统不同，这就决定了仪表有其特殊性，如用光谱仪和多波长计来评估光信号的质量，下面详细进行介绍。
　　（1）多波长计
　　多波长计多采用麦克尔逊干涉仪原理制造，它测量波长精度较高，绝对准确订可达0.005nm。特别适合于测量波长间隔小（100GHz或更小）的密集WDM系统，同时可以测量多达上百个通路的中心频率，并且可以测量波长漂移。其缺点是动态范围小，测量OSNR时精度稍差。但比起光谱分析仪来体积较小，操作比较方便。
　　在WDM系统中测量通路中心波长（频率）和中心波长（频率）偏移时应采用多波长计，因它的测量精度较光谱仪等更高，准确性较好，而且使用起来相对简单。在没有多波长计的情况下也可用光谱仪进行替代测试，但精度将受到一定影响。多波长计也可以用来测试每个波长信号的光功率及信噪比，但测试精度较光谱仪低，在没有光谱仪的情况下，可作粗略的测试，了解系统的光功率和光信噪比，但用它来作精确测量是不行的。
　　（2）光谱仪
　　光谱分析仪是在实验室应用较多的仪表，它再现比较早，采用的技术比较多，有单光栅型、双光栅型，本来并不是专为WDM系统设计的仪表，WDM系统刚出现时，多用它测试光信号波长，光信噪比。它的主要特点是动态范围大，一般厂家可达70dB；灵敏度好，可以达到-90dBm；等效噪声带宽小，一般小于0.1nm；它比较适合于测试OSNR，但测量中心波长时精度稍差；体积较大，一般适合在实验室、机房，在工程开通、验收和维护中使用。
　　对各参考点各个通路信号光功率、各参考点光信噪比和光放大器各个波长的增益系数和增益平坦度的测试可以采用光谱分析仪，它在测量单个波长的光功率时精度较高，而且测量光信噪比也更准确，但使用起来相对较复杂，需要设置的项目多一些，如在测量OSNR时需要设置滤波器的带宽为0.1nm。
　　在系统测量中，建议使用光谱仪测试单通路波长的光功率和光信噪比，测量单通路光波长时使用多波长计的测量精度不高，不建议使用，在缺少光谱仪的情况下也可以用它来测试。
　　（3）光功率计
　　光功率计是光系统的常用测试仪表，它主要用于测量某个波长区域内的总功率，一般光功率计都有波长区的选择，在WDM系统的测试当中，波长区应选择为1550nm，另外一个需要注意的问题是光功率计的输入功率范围，目前使用的光功率计大部分是用来测量+10dBm以下的总光功率，而WDM系统主光通道上的总光功率一般会达到+14dBm、+17dBm甚至+20dBm，对于测量这样高功率的系统，应当在测试端口和仪表之间串接光衰耗器，使得仪表的输入光功率低于它能够接收的最大光功率。对于最大接收光功率较高的光功率计，如果系统的最大光总功率低于这个值就可以直接用光功率计进行测试，而无需使用光衰耗器。因此，在用光功率计测量主光通道的总输出光功率时应选了解光功率计的最大接收光功率和系统主光通道上的最大光功率值，以决定是否需要采用光衰耗器，避免对仪表造成伤害。
　　4.维护测试操作注意事项
　　WDM系统由于是多个波长复用的一个系统，与单个通路的SDH系统测试中的主要差别是线路上的光功率有大幅度提高，这是在测试过程中需要注意的问题，以避免大功率激光对人体造成伤害。同时，WDM系统的另一个特点是系统中光活动连接器的数目有很多，而光活动连接器的清洁程度和每次插拔之后的一致性都会严重影响系统的性能。我们总结出在WDM系统测试中有以下几个需要注意的问题。
　　（1）激光的安全性问题
　　WDM系统的部分8通路系统和所有16通路系统将所有波长开满的情况下，合路光功率已达到17dBm，32通路WDM系统的合路光功率最高可达20dBm，如此高的光功率在进行维护时应当注意安全性的问题。
　　WDM系统本身应当具有安全保护措施，即APSD（激光器自动关断）或APR（光功率自动减少）功能，在系统正常应用时，应将该功能打开，这样在线路光纤中断时合路的光功率会了长到一个安全的功率以下，避免对人体和光器件等造成伤害。在维护中若有光纤中断，应避免将光纤断面对着人体，以免造成伤害，在部分断线路测试时也一定要注意。
　　虽然光监测口输出的光功率在人体安全范围之内，但最好不要将连接器的输出端对着眼睛等人体易受损伤的部位。
　　（2）清洁光活动连接器
　　在WDM系统中，OTU输入输出、合波器和分波器的输入输出都有多对光活动连接器用于系统连接，在维护中应当尽量减少活动连接器的插拔，插拔之后一定要保持活动连接器的清洁，最好用专用的清洁光纤头器具来进行清洁工作，如果使用棉花蘸酒精的方法清洁光纤头，一定要注意用力均匀，避免对光纤端面造成机械损伤，影响系统性能。
　　（3）注意仪表的输入光功率允许范围
　　前面提到WDM系统的合路光功率非常大，在测试时应当注意测试所用仪表的最大允许输入光功率，并与要测的光功率进行对比，如果可能会超出仪表的最大输入光功率，在测试口与仪表之间应当加入光衰耗器，以免对仪表造成伤害。
　　（4）注意仪表接地
　　在测试过程中将仪表真正地相连，作好仪表接地工作，以保证测试的准确性和可靠性。
　　四、结论
　　WDM系统的维护测试主要集中在对中心波长、光功率和光信噪比的测试上，这些参量尤其是光功率和中心波长在过去的SDH系统中并不是重要参数。因此，在使用的仪表方面还增加了多波长计和光谱仪等新仪表，在此进行了介绍。
　　WDM系统在骨干网上虽已进入大规模应用阶段，但在实际网上使用只有四五年时间，对于该系统的维护测试也处在起步阶段，各方面都在进一步探讨，试图采取更有效的措施对系统进行测试，以便保证系统运行，相信随着使用经验的不断积累，维护测试的原理和方法将越来越完善。